1 Desempeos del estudiante al concluir el bloque: Desarrolla las aplicaciones de la electricidad a partir de la construccin de modelos esquemticos yanalticosdelasfuerzaselctricasenhechosnotablesdelavidacotidiana,valorandolas implicaciones metodolgicas. Competencias a desarrollar: -Valora la electricidad al aplicar el mtodo analtico y esquemtico,en situaciones de su vida cotidiana. -Confronta las ideas preconcebidas acerca de los fenmenos naturales con el conocimiento cientfico para explicar los elementos relacionados con la electricidad y adquirir nuevos conocimientos. -Evala las implicaciones del uso de la electricidad y los relaciona con fenmenos naturales. Objetos de aprendizaje: -Electricidad -Ohm -Kirchhoff DURACIN: 12 horas SITUACIN DIDCTICA 1: El fenmeno electrosttico ms conocido y, a la vez, el ms peligroso para los seres humanos es el rayo.En Estados Unidos, a causa de los rayos cada ao mueren entre 75 y 100 personas y se producen 10,000 incendios forestales y daos materiales de 100 millones de dlares. Sinembargo,lospeligrosrelacionadosconlosfenmenoselectrostticosnoselimitanalos provocados por los rayos y son, de hecho, mucho ms numerosos de lo que uno puede imaginar. Enloscasosextremos,tambinpuedencausarprdidasdevidashumanasygrandesdaos materiales. BLOQUE I: Aplica la electricidad en su entorno natural. BloqueI 2 Cmo ocurre un rayo? Cul es la trayectoria que describe un rayo?, de la nube a la tierra o de la tierra a la nube? Si te atrapa una tormenta en la intemperie, por qu no te debes parar bajo un rbol? Puedes imaginar algn motivo por el que no te debas parar con las piernas separadas? O Por qu puede ser peligroso acostarte?Quoriginaelfenmenodeelectricidad?Considerastillaelectricidadentuvidadiaria? (Sugerencia: Imagina la diferencia de potencial elctrico.) ACTIVIDAD 1. Realiza la siguiente lectura y realiza una consulta bibliogrfica de las caractersticas de la electricidad as como los conceptos de: carga elctrica, campo elctrico, potencial elctrico, diferenciadepotencial,resistenciaelctrica,corrienteelctrica,circuitoelctricopara elaboraruncuadrosinpticoomapaconceptualconloinvestigado,ejemplificarsu aplicacin,cmo llega la energa elctrica a tu hogar? Entrgalo a tu maestro para que sea evaluado con una lista de cotejo. Medianteunalluviadeideas,planteaalrestodelgrupounahiptesissobrelaposible respuestaalconflictocognitivo.Consideraotrospuntosdevistademaneracrticay reflexiva. ELECTRICIDAD Laelectricidadesunfenmenofsicooriginadoporcargas elctricasestticasoenmovimientoyporsuinteraccin.Cuando unacargaseencuentraenreposoproducefuerzassobreotras situadasensuentorno.Silacargasedesplazaproducetambin fuerzasmagnticas.Haydostiposdecargaselctricas,llamadas positivas y negativas. Las cargas de igual nombre se repelen y las de distinto nombre se atraen. La electricidad est presente en algunas partculas subatmicas. La partcula ms ligera que lleva carga elctrica es el electrn. Enalgunassustancias,comolosmetales,proliferanloselectroneslibres.Deestamaneraun cuerpoquedacargadoelctricamentegraciasalareordenacindeloselectrones.Untomo normaltienecantidadesigualesdecargaelctricapositivaynegativa,porlotantoes elctricamenteneutro.Siuncuerpocontieneunexcesodeelectronesquedarcargado 3 negativamente.Porlocontrario,conlaausenciadeelectronesuncuerpoquedacargado positivamente, debido a que hay ms cargas elctricas positivas en el ncleo. La electricidad es una manifestacin de energa y para su estudio se ha dividido en: a)Electrosttica: que estudia las cargas elctricas en reposo y b)Electrodinmica que estudia las cargas elctricas en movimiento ELECTROSTTICA Una de las leyes bsicas de la electricidad es:Los cuerpos con cargas diferentes se atraen. Los cuerpos con cargas semejantes se repelen.

Cargas del mismo signo Cargas designocontrario Elcampoelctricoinvisibledefuerzaqueexistealrededordeuncuerpocargado,puede detectarseconunelectroscopio.Porlotantollamaremoselectricidadalmovimientode electrones.Esta idea consiste en que la materia est compuesta por tomos, los cuales estn formados por la mismacantidaddecargaselctricaspositivasynegativas(ademsdepartculaselctricamente neutras). 4 Todalamateriasecomponedetomosyestosdepartculaselementalescomoloselectrones, protonesyneutrones.Loselectronesylosprotonestienenunapropiedadllamadacarga elctrica. Losneutronessonelctricamenteneutrosporquecarecendecarga.Loselectronesposeenuna carga negativa, mientras los protones la tienen positiva.Campo elctrico Unacargaelctricaseencuentrasiemprerodeadaporuncampoelctrico.Alrededordeeste campo se manifiestan fuerzas elctricas de atraccin y de repulsin. Este campo es invisible pero se representa por medio de lneas de fuerza. Silacargaespositivalaslneasdefuerzasalenradialmentedelacarga,mientrasqueenuna negativa llegan radialmente a ella. Para estudiar cmo es la Intensidad del campo elctrico de una carga, se utiliza una carga de prueba, de valor pequeo y carga positiva. Unidades de carga elctrica: Un cuerpo tiene carga negativa si posee exceso de electrones y carga positiva si tiene carencia o dficit de ellos. Por tal motivo, la unidad elemental para medir carga elctrica es el electrn, pero comoesunaunidadmuypequeaseutilizanunidadesprcticasdeacuerdoconelsistemade unidades empleado. Enelsistemainternacional(S.I.)seutilizaelCoulomb(C)yenSistemaCGS,launidad electrostticadecarga(ues)oestatocoulomb.Laequivalenciaentreestasunidadesesla siguiente: 5 S.I.CGS 1 Coulomb1 C6.24 X 10 18 electrones1 Estatocoulomb1 ues2.08 x 10 9 electrones 1 C = 3 x 10 9ues 1 electrn = -1.6 x 10 -19 C1 protn= 1.6 x 10 -19 C ElCoulombesunaunidaddecargaelctricamuygrande,porlocualescomnutilizar submltiplos, como: NombreSmboloEquivalencia El milicoulombmC1 x 10-3 C El microcoulombC1x 10-6 C El nanocoulombnC1 x 10-9 C El picocoulombpC1 x 10-12 C Ley de Coulomb: ElcientficofrancsCharlesCoulombestudiolasleyesrigenlaatraccinyrepulsindedos cargas elctricas puntuales en reposo.En 1777 invento la balanza de torsin,esta cuantificaba la fuerza de atraccin o repulsin por mediodelretorcimientodeunaalambredeplatargido.Colocounapequeaesferaconcarga elctricaadiversasdistanciasdeotratambincargada,aslogromedirlafuerzadeatraccino repulsin segn la torsin observada en la balanza. Coulomb observo que a mayor distancia entre dos cuerpos cargados elctricamente,menor eslafuerzadeatraccinorepulsin.Perolafuerzanosereduceenigualproporcinal incremento de la distancia, sino respecto al cuadrado de la misma. 6 As, entre dos cargas elctricasDistancia Fuerza de Repulsin 1 cm 2 Newtons 2cm 0.5 Newtons 3 cm 0.055 Newtons Coulombtambindescubriquelafuerzaelctricadeatraccinorepulsinentredoscuerpos cargados,aumentademodoproporcionalalproductodesuscargas.Portanto,siunacarga duplica su valor, la fuerza tambin se duplica; y si adems la otra carga se triplica, el valor de la fuerza entre las cargas seria seis veces mayor. 2 2 1rq qk F =donde k = 9 X 10 9 22CNm Laconstantedeproporcionalidadktendrunvalordeacuerdoconelsistemadeunidades utilizado: Ley de Coulomb La fuerza elctrica de atraccin o repulsin entre dos cargas puntuales q1yq2, es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia r que las separa. 2 2 1rq qk F = 7 LaecuacindelaLeydeCoulombsoloesvlidacuandolascargasseencuentranenel vaci; o en forma aproximada si estn en el aire. Pero si entre las cargas existe una sustancia o medio aislante, la fuerza elctrica de interaccin entre estas sufrir una disminucin, la cual ser mayoromenordependiendodelmedio.Larelacinqueexisteentrelafuerzaelctricadedos cargas en el vaci y la fuerza elctrica de estas mismas.

Intensidad del campo elctrico (E) Enunpuntoalcocientededividirlafuerza(F)querecibelacargadepruebaentresu valor (q), cuando la carga de prueba se coloca en el punto considerado. qFE =Donde: E: intensidad del campo elctrico (CN) F= fuerza que recibe la carga de prueba (N) q= carga de prueba (C) Para calcular la intensidad de campo elctrico (E) a una distancia (r) de una carga (q) se utiliza la expresin: 2rkqE = Donde: E = Intensidad de campo elctrico k = constante dielctrica(9 X10922CNm) q = carga de prueba en Coulombs(C) Potencial elctrico En Fsica I aprendimos que un objeto tiene energa potencial gravitacional debido a su ubicacin en un campo gravitacional. De igual manera, un objeto con carga tiene energa potencial elctrica en virtud de su lugar en un campo elctrico. De igual manera, as como se requiere trabajo para levantar un objeto contra el campo gravitacional de la Tierra, tambinSerequieredeuntrabajoparamoverunapartculacargadacontraelcampoelctricodeun cuerpo cargado.Siemprequeunacargapositivasemueveencontradelcampoelctrico,laenerga potencialaumenta;ysiemprequeunacarganegativasemueveencontradelcampo elctrico, la energa potencial disminuye. 8 Pordefinicin,elpotencialelctricoVencualquierpuntodeuncampoelctrico,esigualal trabajoTquesenecesitarealizarparatransportaralaunidaddecargapositivaqdesdeel potencial cero hasta el punto considerado. qTV =Donde: V=potencial elctrico en el punto considerado medido en (Volts) T=trabajo realizado en (Joules) q= carga trasportada en (Coulombs) En conclusin: Si una carga elctrica se le mueve de una distancia grande, hasta un punto de un campo elctrico, aplicando una fuerza en contra del mismo, se realiza un trabajo, cuya energa es almacenada por la carga elctrica en forma de energa potencial. rKQVA= Donde:

potencial elctrico en (Volts) K= 9X

Q= valor de la carga elctrica (Coulombs) r= distanciaen (metros) Diferencia de potencial Pordefinicin,ladiferenciadepotencialentredospuntoseseltrabajoporunidaddecarga positiva realizado por fuerzas elctricas para mover una pequea carga de prueba desde el punto de mayor potencial hasta el punto de menor potencial. qTVABAB= 9 Donde: VAB=diferencia de potencial entre los puntos A y B determinada en (Volts) TAB=TrabajoejecutadoparallevaralaunidaddecargaqdelpuntoAalpuntoBen (Joules) q=Carga de prueba transportada de A a B medida en (Coulombs) Ladiferenciadepotencialentredosplacasconcargasdeigualmagnitud;perodesentido contrario, se puede determinar a partir de la siguiente ecuacin: V = E.dDonde: V= Diferencia de potencial entre dos puntos cualesquiera (Volts) E= intensidad del campo elctrico (V/m) d=distanciaentrelospuntos,medidaenlamismadireccindelvectorcampoelctrico (m). ELECTRODINMICA Corriente elctrica. La corriente elctrica es el flujo de electrones a travs de un conductor.O bien dos terminales o diferenciadepotencialesyconectadospormediodeunconductordanorigenaunacorriente elctrica. 10 Para hacer que fluya continuamente una corriente de electrones por un alambre, debe disponerse deunabastecimientocontinuodeelectronesenunextremoyunabastocontinodecargas positivas en el otro. El abasto continuo de cargas positivas en un extremo del alambre ofrece el mediodesalidadeloselectrones.Sinoseproveeesto,loselectronesseacumularanenel extremo del alambre, y la repulsin de cargas hacia ste, detendr el flujo de la corriente. Intensidad de la corriente elctrica. Laintensidaddelacorrienteelctricaeslacantidaddelacargaelctricaquepasaporcada seccin de un conductor en un segundo. Por tanto: tqI = Donde: I= intensidad de la corriente elctrica C/s = amapere = A q= carga elctrica que pasa por cada de un conductor en coulombs (C) t = tiempo que tarda en pasar la carga q en segundos (s) La unidad ampliada del Sistema Internacional para medir la intensidad de la corriente elctrica es el ampere (A) Enelcasodelaelectricidad,lautilizacindeaparatosesdesumaimportanciayaquela electricidad no se puede ver, solo se puede detectar y cuantificar por los efectos que produce 11 Resistencia elctrica: Es la oposicin que presenta un conductor al paso de la corriente elctrica. La resistencia elctrica se mide en OHMS y su smbolo es. Smbolo EnelSistemaInternacional(SI),launidadderesistenciaeselVOLT/AMPERE,aloque llamamosOHM. Circuito elctrico Consisteenunfocoobombilla,conectadoaunabatera.Delaterminalnegativafluyen electronesalaterminalpositivaatravsdelfilamentodelfoco.Labateraproporcionaenerga que produce el flujo de cargas por todo el circuito Los circuitos elctricos pueden estar conectados en serie paralelo o mixto. Cuando los circuitos estn en serie, los elementos conductores estn unidos uno a a continuacin delotro.Lacorrientepuedefluirnicamenteporunatrayectoriaatravsdeloselementosen serie. Si el circuito se encuentra en paralelo, los elementos conductores se encuentran separados en variaos ramales y la corriente elctrica se divide en forma paralela entre cada uno de ellos. Un circuitomixtosignificaqueloselementosconductoresseconectantantoenseriecomoen paralelo. 12

43612 V65 ACTIVIDAD 2. En equipos de 4 alumnos como mximo, realizar una entrevista a un electricista o ingeniero elctrico donde se aborden las definiciones y caractersticas de la electricidad, as comola importanciadelconocimientoysuaplicacinensucomunidadalcuestionarlosobrela necesidadde poner malla ciclnica alrededor de las torres de alta tensin. Cada equipo expone la entrevista realizada al grupo y obteniendo al final una conclusin.Cadaequipoevalalaexposicindelaentrevistarealizadaporsuscompaeros, manteniendounaactitudatentayrespetuosautilizandounarbricadondeseindicanlos aspectos a evaluar. Circuito en serie I1 = I2 = I3 In V= V1 + V2 + V3 + Vn n eR R R R R .....3 2 1+ + =Donde: eR = resistencia equivalente de los resistores R1, R2 y R3 Cuandodosomsresistoresestn enseriesesumansusresistencias para obtener su resistencia total Circuito en paralelo V1 = V2 = V3= =Vn I = I1 + I2 + I3 + In n eR R R R1.....1 1 12 1+ = Cuandodosomsresistoresse conectanenparalelo,sesuman losvaloresrecprocosdesus resistencias;paraobtenerel valor reciproco de la resistencia total. Circuito mixto Laformaderesolver matemticamenteestos circuitosescalculandoparte porpartelasresistencias equivalentesdecadaconexin, ya sea en serie o en paralelo, de tal manera que se simplifique el circuito hasta encontrar el valor delaresistenciaequivalentede todo el sistema elctrico. 13 ACTIVIDAD 3. Realiza la siguiente lectura. Formar equipos de cuatro alumnos como mximo para compartir la informacin obtenida ymediante una lluvia de ideas elaborar unadefinicin de lo que escampo elctrico y Ley de Gauss as como sus aplicaciones en su entorno diario y completa el siguiente cuadro con la informacin requerida, el cual entregars a tu maestro parasu evaluacin por medio de una escala de valor. Se realiza el trabajo de manera colaborativa manteniendo una actitud atenta y respetuosa. Ley de Gauss. LaleydeGauss,llamadaasenhonoraKarlFriedrichGauss(17771855),desempeaun papelimportantedentrodelaelectrosttica,porquepermitecalculardemaneramssencillael campoelctricooelectrosttico(E)producidoporunadistribucindecargas,cuandoesta distribucinpresentaciertaspropiedadesdesimetra(esfrica,cilndricaoplana).Estaley establecequeelflujoelctriconeto(E),atravsdecualquiersuperficiecerrada,(llamada superficiegaussiana)esigualalacargaencerradaensuinterior(Qint)divididaporla permitividad elctrica del vaco (

).

Campo elctrico DefinicinAplicacin 14 Ley de Gauss EnunciadoAplicacin ACTIVIDAD 4: Trabajaenequipoenformacolaborativarespetandolasopinionesdeloscompaeros, analizaejemplos que se proporcionan y utiliza las frmulas de potencial para resolver los problemaspropuestosacercadeaplicacindelaelectricidadentuentorno.Tomaen cuentalossiguientescriterios:Nmerodeintegrantes(mximo3),tiempodeentrega(los primeroscincoejercicios,losresuelvesenclaseyelrestoenlafechaqueteindiquetu profesor). Se evaluarn con escala de valor. Ejemplos Potencial elctrico 1.Determina el valor del potencial elctrico a una distancia de 15 cm, de una carga puntual deC 6 .b) Cual es la energa potencial de un electrn en ese punto? DatosFrmulasSustitucinResultados a) V = ? r = 15 cm C X C Q610 6 6= = 22910 9CNmX K =b)? =pE a) rKQV =b)q V Ep =a) mC xCNmXV15 . 0) 10 6 )( 10 9 (6229 = b) ) 10 6 . 1 )( 10 6 . 3 (19 5C X V x Ep = a) V = 360000 v b) J X Ep1410 76 . 5 = C X q e1910 6 . 1 = = 15 2.Calcular:a) El potencial elctrico en un punto A que se encuentra a 30 cm de una carga de C 5 . b) La energa potencial elctrica si en el punto A se coloca una carga de. 7 C DatosFrmulasSustitucinResultados a)? =AVr = 30 cm = 0.3 m C X C q610 5 5 = = 22910 9CNmX K =b)? =pEC X C q610 7 7= = a) rKqVA=b)q V EA p = a) mC XCNmXVA3 . 0) 10 5 )( 10 9 (6229 = b)) 10 7 )( 10 5 . 1 (6 5C X v X Ep=a) V X VA510 5 . 1 = b)J Ep05 . 1 =Elvalordela Energapotencial esnegativo porquedebe realizarseun trabajoencontra delcampo elctrico. Diferencia de Potencial elctrica. 1.La diferencia de potencial entre dos placas es 24 V, si la separacin es 0.3 cm. Cul es la intensidad del campo elctrico? DATOSECUACINDESARROLLOSUSTITUCION 16 E = ? V = 24 Volts d = 0.3 cm = 3 X 10-3 m V = E d Despejando E dVE =E = (24 V) / (3 X 10-3 m)E = 8,000 N/C 2.Almedirladiferenciaapotencialovoltajeentredosplacasquese encuentran separadas 5 cm, encontr un valor de 400 Volts.a.Cuntovalelaintensidaddelcampoelctricoentrelas placas? yb.Siunacargade4mCseencontraraentrelasplacas,que fuerza elctrica recibira? DATOSFORMULASUSTITUCIONRESULTADO E= ? V = 400 V d = 5 cm = 0.05 m q = 4 mC = 4 x 10-3 C dVE = F = E q a) E = (400 V) / (0.05 m) b) F = (8,000 N/C)(4 x 10-3 C) E = 8,000 N/C F = 32 N 3.Calcular el valor del trabajo realizado para transportar una carga de 5 Cdesdeunpuntoaotroentreloscualessetienediferenciade potencial de 6 x 104 V. DATOSFORMULASUSTITUCIONRESULTADO 17 W = ? q = 5 C = 5 x10-6 C V = 6 x 104 V W = V q W = (6 x 104 V)(5 x 10-6 C) W = 0.3 J 4. Una carga de prueba se mueve del punto A al punto B como se ve en la figura. Calcular: a) la diferencia de potencial VAB, si la distancia del punto A a la carga Q de 5C es de 10 cm y la distancia del punto B a la carga Q es de 20 cm. b) El valor del trabajo realizado por el campo elctrico de la carga Q para mover a la carga de prueba q igual a 2 nC del punto A al B. AB- q+ DatosFrmulasSustitucinResultados 18 a)? =AVr = 10 cm = 0.1 m C X C q610 5 5= = 22910 9CNmX K =? =BVr = 20 cm = 0.2 m C X C q610 5 5= = 22910 9CNmX K =b)? =pEC X nC q910 2 2= =a) rKqVA=

rKqVB= La diferencia de potencial es: B A ABV V V = b)T=q V EA p =a) mC XCNmXVA1 . 0) 10 5 )( 10 9 (6229 =

mC XCNmXVB2 . 0) 10 5 )( 10 9 (6229 = b)) 10 2 )( 10 25 . 2 (9 5C X V X T= a) V X VA510 5 . 4 = V X VB510 25 . 2 = V X VAB510 25 . 2 = b)J X T410 5 . 4= . 19 Ejercicios 1.Cul es el valor del potencial elctrico en un punto, si para trasladar una carga positiva q = 8 C, desde el suelo hasta l se realizo un trabajo de 200 X 10-5J? DatosFrmula (s)SustitucinResultado 2.Una Carga de 4 nC es transportada desdeel suelo hasta la superficie deuna esfera cargada, con un trabajo de 7 X 10-5 J. Determina el valor del potencial elctrico de la esfera: DatosFrmula (s)SustitucinResultado 3.Una batera de 4.5 V se conecta a una bombilla de 1.6 . Cuntos electrones deja la baterapor minuto? DatosFrmula (s)SustitucinResultado 20 4.La batera de un automviltiene un voltaje de 12 volts. Para cargar completamente la batera esnecesariomoverunacargaq=288,000C,desdeelpolonegativohastaelpolopositivo. Cul es el trabajo elctrico que se tiene que realizar para cargar la pila? DatosFrmula (s)SustitucinResultado 5.Una pila opera a un voltajeV= 4.5 Volts. Para cargarla completamente se realiz un trabajo elctrico de 88, 290 J. Qu cargas tuvo que mover del polo negativo al polo positivo? DatosFrmula (s)SustitucinResultado 6.ElgeneradortipoVandeGraaff,fabricadoporPASCO,generaunpotencialelctricode 390,000 voltios. Su esfera colectora tiene un dimetro de 25 cm. a)Cunta carga se colecta en la esfera? b)Cul es la intensidad del campo elctrico? DatosFrmula (s)SustitucinResultado 21 7.Un modelo del globo terrqueo tiene un dimetro de 18 cm. Si se cargara con una carga Q = 1C, Cul sera su potencial elctrico?, Cul sera su potencial si se cargara con 0.5 mC? DatosFrmula (s)SustitucinResultado 8.La diferencia de potencial entre dos placas metlicas de cargas opuestas es 12,000 V. Si hay aireentrelasplacas,hastaqudistanciadebenacercarseparaquecomiencenasaltar chispas entre ellas? La intensidad del campo elctrico a la que el aire se vuelve conductor es E = 3x106 V/m DatosFrmula (s)SustitucinResultado 9.Si la diferencia de potencial entre las placas del ejercicio anterior fuera: a)6,000 V y b) 24,000 V, a qu distanciaentre ellas comenzaran a saltar las chispas? DatosFrmula (s)SustitucinResultado 22 10. Una barra colectora de cobre que se utiliza para conducir grandes cantidades de corriente en una estacin de potencia tiene 1.5 m de largoy 8 cm por 4 cm de seccin transversal. Qu diferencia de potencial se requiere aplicar a los extremos de la barra para que fluyan 300 A? DatosFrmula (s)SustitucinResultado SITUACIN DIDCTICA 2: Una corriente de 0.1 A puede matar a una persona. La corriente de una instalacin elctrica deunavivienda,esconfrecuencia100vecessuperioraesevalorysinembargo,muchas descargas elctricas en una casa no son mortales. CONFLICTO COGNITIVO: Cmoesposiblequenoseanmortales?Elvoltajecausalacorriente,olacorrientecausael voltaje? Culeslacausayculeselefecto?Qucausaelchoqueelctrico,lacorrienteoel voltaje?Losefectosdelacorrienteelctricasonigualesentodoslosorganismos?Explicala causa. ACTIVIDAD 5: Realizalasiguientelecturayrealizaunaconsultabibliogrficaparaampliarla informacinacercadelenunciadodelaLeydeOhm(notacincientfica,factoresque afectan la resistencia de un conductor: tabla de resistividad, calibre del alambre, factores de temperatura y cdigo de colores) y sus aplicaciones en la vida cotidiana.Mediante una lluvia de ideas, socializa con tus compaeros la informacin obtenida,paraconcluir escribe la informacin que te solicitael cuadro. 23 Ley de Ohm Propuestaen1826porelfsicoalemnGeorgeSimnOhm.Estaleyesfundamentalen electricidadynospermitedeterminarlacorrientequefluyeatravsdeuncircuitocuandose conoce la resistencia del circuitoy la diferencia de potencial que hay entre las terminales de un conductor y la corriente que fluye a travs de l. La intensidad de corriente que fluye a travs de unconductoresdirectamenteproporcionalaladiferenciadepotencialentresusextremose inversamente proporcional a la resistencia. RVI = Donde: I = intensidad de corriente en amperes(A) V = diferencia de potencial entre sus extremos en voltios (V). R = resistencia del conductor en ohms () Ley de Ohm Enunciado Aplicaciones ACTIVIDAD 6. Trabajaenequipoenformacolaborativarespetandolasopinionesdeloscompaeros,y utilizalasfrmulasdeLeydeOhmpararesolverlaseriedeejerciciospropuestosde aplicacindelaelectricidadentuentorno,tomandoencuentalossiguientescriterios: Nmerodeintegrantes(mximo3),tiempodeentrega(losprimeroscincoejercicios,los resuelves en clase yel resto en la fecha que te indique tu profesor). Se evaluarn con escala de valor. 24 Ejemplos La Ley de Ohm. 1.- Un tostador elctrico tiene una resistencia de 20 ohms cuando est caliente. Cul ser la intensidad de la corriente cuando lo conectamos a una diferencia de potencial de 120 V.? DATOSECUACINDESARROLLOSUSTITUCION I = ? R = 20 V = 120 V RVI = I = 120 V / 20 I = 6Amperes(A) 2.- Un alambre conductor deja pasar 8 Amperes al aplicarle una diferencia de potencial de 120 V. Cul es el valor de su resistencia? DATOSECUACINDESARROLLOSUSTITUCION R = ? V = 120 V I = 8 A IVR = R = 120 V / 8 AR = 15 Ejercicios. 1.Conlaresistenciade100000,Culserlacorrienteatravsdetucuerpoaltocarlas terminales de un acumulador de 12 volts? DatosFrmula (s)SustitucinResultado 2.Silapielestmojadayturesistenciaesdeslo1000ytocaslasterminalesdeun acumulador de 112 V, Cunta corriente pasa a travs de ti? DatosFrmula (s)SustitucinResultado 25 3.Si la resistencia del filamento de un faro deautomvil es de 3 ohms, Cuntos amperes pasan cuando se conecta con un acumulador de 12 volts? DatosFrmula (s)SustitucinResultado 4.Un conductor de hierro con una resistencia de 1.75 a 20 C se conecta a una fuente de 12 V. si el conductor se coloca en un horno y se calienta a 300 C, cul ser el cambio o variacin en la corriente que fluye a travs de l? DatosFrmula (s)SustitucinResultado 5.Una pila de 6 V se conecta a una bobina que tiene enrollada 20 m de alambre de cobre y 0.8 mm de dimetro, cul es la corriente que circula inicialmente por el alambre? DatosFrmula (s)SustitucinResultado 26 ACTIVIDAD 7. Realizalaactividadexperimentaleligiendounadelasopcionesquesepresentana continuacin. Actividad experimental 1 En equipos de 4 5 alumnos como mximo, realizar la actividad experimental en donde se aplicarlafuerzaelectromotriz(fem)enelfuncionamientodeunmotor,ascomola representacin esquemtica de la actividad realizada. Se evaluarutilizando una rbrica donde se considerarn los pasos del proceso experimental. El motor elctrico PROPSITO: Construir un modelo de motor elctrico de corriente continua. Material que proporcionarn los alumnos, por equipo: a) 40 cm de cable aislado calibre 22 b) 1 imn c) 2 cables conductores d) 2 Clips e) 1 Vaso de plstico como base f) 2 pilas de 1.5 V, tamao D g) 1 cinta de aislar 27 PROCEDIMIENTO: 1.Forma una bobina enrollando el cable en un palo de escoba. 2.Losclipssedesdoblanteniendocuidadoquequedeunrizoenelcentro,elcualservirde apoyo para los extremos libres de la bobina y que previamente han sido lijados para eliminar elbarnizaislante.Esmuyimportantemantenerlimpiosestosextremosparaunmejor funcionamiento. 3.Coloca la madera sobre la mesa, para que te sirva de base al colocar el imn. 4.Fijalosclipsalvasoconlacintadeaislarosilicn,diametralmenteopuestos.Observala figura. 5.Coloca los extremos de la bobina en cada uno de los rizos de los clips. 6.Coloca los cables conductores a los clips y los extremos libres a los polos negativo y positivo de las pilas elctricas conectadas en paralelo de modo que pase corriente elctrica a travs de la bobina.CLIPSIMANIIMAN Esquema: BOBINA IMN INTERRUPTOR CUESTIONARIO 1.Qu observas cundo se conecta los cables a las pilas elctricas? ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ 2.Explica por qu gira la bobina. ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ 3.Qu ocurre si varas el voltaje quitando una de las pilas y volvindola a conectar? ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ 4.Qu sucede si la bobina se forma con el doble doble de espiras? ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ CONCLUSIONES: 28 Actividad experimental 2. Realizaenequipode4o5integranteslasiguienteactividadexperimentalparticipandoy colaborando de manera efectiva. CIRCUITOMIXTO OBJETIVO.Comprobar que los focos conectados en serie constituyen un divisor de voltaje y que la corriente es constante como en un circuito de resistencias en serie Comprobarquelosfocosconectadosenparaleloconstituyenundivisordecorrienteyqueel voltaje o tensin es constante con en un circuito de resistencias en paralelo. MATERIAL Fuente de poder(o pilas) Focos Multmetro Cables Tablero (o tabla de madera) PROCEDIMIENTO 1.Conecte los focos de tal manera que forme un circuito mixto. 2.Tome el voltmetro en la gama de DCy mida la diferencia de potencial en los extremos de la conexin de cada foco y la diferencia de potencial en la entrada de los focos (total) 3.Registre en la tabla 1 la potencia de cada foco ylos voltajes medidos. 4.Tome el ampermetro, conecte en serie el ampermetro en cada una de los focos y mida la corriente que pasa por cada una de ellas.5.Registre sus medidas en la tabla 1.6.Calcule la resistencia de cada foco aplicando la ley de Ohm. 29 RESULTADOS Tabla 1.Focos Voltaje (V) Corriente (A) Resistencia () PREGUNTAS 1.Cuando los focos estn conectados en serie, Qu sucede si se desconecta o se quema una de ellas cuando estn encendidas? ________________________________________________________________________ 2.Cuandolosfocosestnconectadosenparalelo,qusucedesisedesconectaose quema una de ellas cuando estn encendidas? ________________________________________________________________________ 3.Cmo deben conectarse cada uno de los efectos elctricos en su casa? Explique dos motivos verdaderos. ________________________________________________________________________ 4.Cmo es la corriente cuando los focos estn conectados en serie? ________________________________________________________________________ 5.Haga una conclusin del experimento realizado. 30 31 ACTIVIDAD 8: Enbinasrealizalalecturaqueseproporciona,analizalosejemplosqueseplanteany trabajaenformacolaborativapararesolverlosejerciciospropuestosdelasLeyesde Kirchhoffdeunaredelctrica,tomandoencuentalossiguientescriterios:Nmerode integrantes(mximo3),tiempodeentrega(losprimeroscincoejercicios,losresuelvesen clase y el resto en la fecha que te indique tu profesor), consulta de apuntes y bibliografa. Se evaluarn con escala de valor. Leyes de Kirchhoff. En el ao de 1845, el cientfico alemn Gustav Robert Kirchhoff (18241887) estableci dos leyes que son indispensables para calcular valores desconocidos de voltaje y corriente en cada punto de un circuito elctrico complejo. Parafacilitarelestudiodeuncircuitoconvienedefinirprimeramentelos trminos: Nodos y Mallas.Un nodo es la unin de ms de dos cables.Una malla es un recorrido cerrado. Fig. 1 LospuntosAyBsonlosdosnicos nodos existentes en este circuito. ElpuntoCeslaunindedoselementos, pero no es un nodo. ABDA es una malla (malla 1) y ACBA es otramalla(malla2).Tambinloesel recorridoexteriorBDACB,peroes redundanteconlasanteriores(IyII)que yacubrentodosloselementosrecorridos por la ltima. 32 ElenunciadodelaPrimeraLeydeKirchhoffoLeydeKirchhoffdecorrientes,dicelo siguiente: Lasumaalgebraicadelascorrientesencualquiernodoenuncircuitoescero.Las corrientes que entran al nodo se toman con un mismo signo y las que salen, con el signo contrario. 0 ...2 1= + + =n TI I I I La Segunda Ley de Kirchhoff o Ley de Kirchhoff de voltajes, establece que: Enunamalla,lasumaalgebraicadelasdiferenciasdepotencialencadaelementode sta es cero. Lascadasdevoltajeseconsideranconunmismosigno,mientrasquelassubidasde voltaje se consideran con el signo contrario. Enotraspalabras,lasumadelasfuerzaselectromotricesEeenuncircuitocerradoomallaes igual a la suma de todas las cadas de potencial IR en el circuito; es decir : Ee = IR EnelnodoAllegaunacorrienteIquese divideenI1 eI2. Esto ejemplifica laprimera leydeKirchhoff,lacualdice:lasuma algebraicadetodaslasintensidadesde corrientequeentranysalendeunpuntoen un circuito es igual a cero. 33 De acuerdo a la figura a):

Ee =E IR Es decir:3 2 1V V V VT+ + =V V V V 2 7 3 12 + + = Para la figura b), con el circuito en Paralelo tenemos: Ee = EIR Es decir: 3 2 1V V V VT= + = 6V=2V+4V=6V En el circuito de la figura a) el voltaje total suministrado por la batera es igual a la suma de las cadas de tensin en cada resistencia (12 V). En b)como el circuito est en paralelo R3 tiene una cada de tensin de 6 V igual que la suma de V1 + V2 correspondeal valor de la fem proporcionada por la batera. a) 0 0 0 0 b) 0 34 Regla de signos: a)Al pasar a travs de una pila del terminal positivo al negativo se considera positivo la f.e.m b)Al pasar a travs de una pila del terminal negativo al positivo se considera negativa la f.e.m c)Al pasar a travs de un resistor de mayor a menor potencial se considerar la existencia de una cada d)Al pasar a travs de un resistor de menor a mayor potencial se considerar la existencia de una ganancia Anlisis de circuitos por el mtodo de las mallas. El siguiente mtodo de formato es usado para abordar el anlisis de mallas. 1.Asignar una corriente de malla a cada trayectoria cerrada independiente en el sentido de las manecillas del reloj (Esquema 1). 2.Elnmerodeecuacionesnecesariasesigualalnmerodetrayectoriascerradas independientesescogidas.Lacolumna1decadaecuacinseformasumando los valores deresistenciadelosresistoresporlosquepasalacorrientedemallaque interesa y multiplicando el resultado por esa corriente de malla. 3.Debemosconsiderarlostrminosmutuos,serestansiempredelaprimeracolumna.Es posibletenermsdeuntrminomutuosilacorrientedemallaqueinteresatieneun elemento en comn con ms de otra corriente de malla. Cada trmino es el producto del resistor mutuo y la otra corriente de malla que pasa por el mismo elemento. 4.Lacolumnasituadaaladerechadelsignoigualeslasumaalgebraicadelasfuentesde tensin por las que pasa la corriente de malla que interesa. Se asignan signos positivos a las fuentes de fuerza electromotriz que tienen una polaridad tal que la corriente de malla pase de la terminal negativa a la positiva. Se atribuye un signo negativo a los potenciales para los que la polaridad es inversa. 5.Se resuelven las ecuaciones simultneas resultantes para las corrientes de malla deseadas. Esquema 1. Una red elctrica donde claramente se distinguen dos mallas. Ntese como las corrientes de malla se dibujan en el sentido de las agujas del reloj. 35 Ejemplos. 1.-Determinar el valor de la intensidad de la corriente que pasa por I2en el siguiente circuito, aplicando la primera ley de Kirchhoff. DatosFrmula (s)SustitucinResultado A IIA I3?8321=== ComoEIqueentran=EIque salen en el nodo A: 3 2 1I I I + = 3 1 2I I I = A A I 3 82 = A I 52= 36 2.Determinar la cada de tensin en R1, R2 y R3 usando la ley de Kirchhoff.

250 V DatosFrmula (s)SustitucinResultado V= 250 Volt R1 = 5000 R2= 20 K R3= 8000 V1 = ? V2 = ? V3 = ? Re = R1 + R2 + R3 De acuerdo a la Ley de Ohm: I = V/ R Porlotantolacadade tensin en cada resistencia es: V1 = I x R1 V2 = I x R2 V3 = I x R3 Porlasegundaleyde Kirchhoff: VT = V1 + V2 + V3 Re = 5000 + 20000 + 8000 I = O 33000250V V1 = (0.0075 A)(5000 ) V2 = (0.0075A)(20000) V3 = (0.0075A)(8000) Re = 33000 I = 0.0075 A V1=37.9 V V2 = 151.5 V V3= 60.6 V VT = 37.9 + 151.5 + 60.6 = 250 V R1 = 5000 R2= 20 K R3= 8000 37 Ejercicios. 1.Determinelascorrientesdesconocidasquemuestralafigurausadolasleyesde Kirchhoff.

DatosFrmula (s)SustitucinResultado 38 2.Aplique la segunda ley de Kirchhoff a la malla de corriente de la figura siguiente. a)Cul es el voltaje neto en la malla?b)Cul es la cada IR neta?c)Cul es la corriente en la malla? DatosFrmula (s)SustitucinResultado 39 3.Respondalas mismas preguntas del problemaanterior cuando la polaridad de la batera de 20 V se invierte, es decir, cuando su nueva direccin de salida es hacia la izquierda. DatosFrmula (s)SustitucinResultado 4.Rellene el siguiente cuadro con el voltaje y la corriente elctrica disipada por cada resistor: 40 R1R2R3R4 Voltaje(V)

Corriente(mA) DatosFrmula (s)SustitucinResultado 41 PROBLEMARIO 1A que distancia de una carga puntual de 9 nC existir un potencial de 4 X 102 V? DatosFrmula (s)SustitucinResultado 5.Un conductor esfrico de 16 cm de dimetro tiene una carga de 3 X 10-6 C. Calcular: a) El potencial elctrico en la superficie de la esfera,b) El potencial elctrico a 24 cm de su superficie: DatosFrmula (s)SustitucinResultado 6.Calcular el valor del trabajo realizado para transportar una carga de 3 nC desde un punto a otro donde la diferencia de potencial es de 3 x 103 V. DatosFrmula (s)SustitucinResultado 42 4.Determina el valor del trabajo realizado para transportar una carga de 6 C desde un punto a otro entre los cuales se tiene diferencia de potencial de 5 x 104 V. DatosFrmula (s)SustitucinResultado 5.En la cada de un rayo se gastaron 4,000,000 J de energa para pasar una carga de 4 C de la nube al suelo. Cual era la diferencia de potencial entre la nube y el suelo? DatosFrmula (s)SustitucinResultado 6.Cul debera ser la carga de un globo, cuyo radio es de 0.1 m, para que el potencial elctrico delgloboseade5,000voltios?Suponerquelacargaestigualmentedistribuidasobreel globo. DatosFrmula (s)SustitucinResultado 43 7.Ladiferenciadepotencialentreunanubeyelsueloesde108V.Paraqueocurrauna descargaelctricaenelairehmedo,elcampoelctricodebesede105V/m.Aqualtura debe estar la parte inferior de una nube para que comiencen a caer rayos? DatosFrmula (s)SustitucinResultado 8.Dosplacasmetlicasestncargadasconcargaselctricasopuestasyhayaireentreellas. Cuando las placas estn a una distanciad = 5 mm, comienzan a saltar chispas entre ellas. Si la intensidad del campo elctrico que rompe las molculas del aire es de 3,000 V/mm, Cul es la diferencia de potencial entre las placas? DatosFrmula (s)SustitucinResultado 9.Calcular el valor del trabajo realizado para transportar a una carga de 3 nC desde un punto a otro en que la diferencia de potencial es de 3 X 103V: DatosFrmula (s)SustitucinResultado 44 10. Duranteunapruebaconundetectordementiras,seimprimen6Vatravsdedosdedos. Cuandosehaceciertapregunta,laresistenciaentrelosdedosbajade400,000Ohmsa 200,000 Ohms. a)Cul es la corriente inicial entre los dedos? b)Cul es la corriente cuando baja la resistencia entre ellos? DatosFrmula (s)SustitucinResultado 11. Cunta resistencia permite que un voltaje de 6 V produzca una corriente de 0.006 A? DatosFrmula (s)SustitucinResultado 12. Cul es la resistencia de una plancha domstica que toma 12 A de corriente a 120 V? DatosFrmula (s)SustitucinResultado 45 13. Cul es la corriente en el serpentn de calentamiento de 30 Ohms de una cafetera que trabaja en un circuito de 120 volts? DatosFrmula (s)SustitucinResultado 14.Culeselvoltajeatravsdeunelementodecircuitode100Ohmsporelquepasauna corriente de 1 A? DatosFrmula (s)SustitucinResultado 15. Qu voltaje produce 3 A a travs de un resistor de 15 Ohms? DatosFrmula (s)SustitucinResultado 16.Lacorrientedeunalmparaincandescenteesde0.5Acuandoseconectaauncircuitode 120 V, y 0.2 A cuando se conecta a una fuente de 10 V. Cambia la resistencia de la lmpara en esos casos? Explica tu respuesta y defindela con valores numricos. 46 DatosFrmula (s)SustitucinResultado 17. Aplique las leyes de Kirchhoff y resuelva las expresiones para calcular el valor de la corriente en todo el circuito que muestra la figura. 4 O4 V3 V5 V2 O6 O1 O 3 O DatosFrmula (s)SustitucinResultado 47 18. .Aplique las leyes de Kirchhoff y resuelva para hallar las corrientes de la siguiente figura. 20 V8 V3 O4 O4O2 O DatosFrmula (s)SustitucinResultado 48 19. Rellene el cuadro con las variables elctricas pedidas: R1R2R3R4R5R6 Voltaje(V) Corriente(A) 49 Instrumentos de evaluacin. Bloque I Lista de cotejo para el Portafolio de evidencias Portafolio No. Bloque No. Nombre del alumno: Se contara la actividad solo si cumple con los cuatro indicadores. Actividad evaluada Se entrego en el tiempo estipulado Se realizo la actividad en su totalidad La actividad fue realizada por el alumno Entrego el trabajo con los requerimientos solicitados Firma o sello Actividad 1 Actividad 2 Actividad 3 Actividad 4 Actividad 5 Actividad 6 Actividad 8 Total Lista de cotejo de Prctica de laboratorio 50 Equipo No._____ Grupo. Plantel. Integrantes: Aspectos a evaluar SNoObservaciones 1.Aplicalasreglasdeseguridaddellaboratorio utilizandoconcuidadoelmaterialdelaprcticade experimental. 2.Formulahiptesiscoherentereferentealtemae implicalapreguntaplanteadadelaactividad experimental. 3.Sigueinstruccionesdemanerareflexiva comprendiendo cada uno de los pasos y colabora en larealizacindelaprcticaasumiendounaactitud constructiva dentro del equipo de trabajo. 4.Losresultados,observacionesyconclusionesson clarosyexplicanloocurridoy/ocomprobadoenel laboratorio de manera coherente 5.Entregaelreportedelaactividadexperimentalen tiempo y forma. TOTAL Lista de cotejo para Problemario 51 No. Problemario: No. Bloque: Nombre del alumno: Aspectos a evaluarSNoObservaciones 1.- Muestra el procedimiento correctosin omitir pasos para resolver sus ejercicios propuestos 2.-Entregaelprocedimientoenelcuadernoomaterial solicitado 3,-Dominaelmanejodeoperacionesnecesariaspara resolver el ejercicio propuesto. 4.-Obtieneycompruebaelresultadoparaverificarquesea correcto 5.- Cuando se requiere hace buen uso de la calculadora. 6.- Entrega con orden sus ejercicios. 7.- Entrega en sus ejercicios en la fecha sealada. 8.- Trabaja respetando las indicaciones (individual o equipo) 9.- Muestra respeto y disciplina con sus compaeros. 10.- Entrega con limpieza sus ejercicios. TOTAL